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OMI 위성센서를 이용한 중국 지역에서 TOMS 오존 산출에 대한 이산화황의 영향 조사 연구
Investigation of SO2 Effect on TOMS O3 Retrieval from OMI Measurement in China 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.32 no.6, 2016년, pp.629 - 637  

최원이 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  홍현기 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  김대원 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  류재용 (경남대학교 도시환경공학과) ,  이한림 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공)

초록
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본 연구에서는 2005년부터 2007년 사이에 중국 공업지대에서 Ozone Monitoring Instrument (OMI) 센서에서 관측한 이산화황 값의 증가에 따른 Total Ozone Mapping Spectrometer (OMI-TOMS)와 Differential Optical Absorption Spectrometer (OMI-DOAS) 오존전량 값의 차이를 위성자료를 이용하여 비교를 수행하였다. 중국 공업지대에서는 Planetary boundary layer (PBL)내의 이산화황을 나타내는 PBL $SO_2$ 자료가 사용되었다. 중국 공업지대에서 PBL내의 이산화황 농도 증가에 대하여 두 오존 값의 차이가 증가하는 경향성(R (Correlation coefficient) = 0.36)이 나타났다. 이산화황 이외에 두 오존 산출 알고리즘에 모두 영향을 미칠 수 있는 에어로솔 광학 두께(AOD; Aerosol Optical Depth)가 증가하는 경우 이산화황과 두 오존 값의 차이 사이의 회귀식의 기울기($1.83{\leq}slope{\leq}2.36$)가 비슷하게 유지되는 경향이 나타났다. 이는 다양한 AOD 조건에서도 이산화황이 두 오존 값의 차이를 증가시키는 관계가 나타나는 경향은 거의 비슷하게 유지되는 것으로 생각된다. 중국 공업지대에서 PBL내에 존재하는 이산화황과 화산 폭발에 의하여 고층(Middle troposphere (TRM), Upper troposphere and Stratosphere (STL))에서 존재하는 이산화황의 농도가 1 DU 증가하는 경우 두 오존 값의 차이는 각각 1.6 DU, 3.9 DU, 4.9 DU로 계산되었다. 고층(TRM, STL)의 이산화황과 저층(PBL)의 이산화황이 증가하는 경우 두 오존 값의 차이가 다르게 나타나는 것은 이산화황이 존재하는 고도에 따라서 두 오존 값의 차이에 미치는 영향이 다름을 의미한다. 이는 OMI-TOMS 오존을 산출하는데 사용되는 파장영역(317.5 nm)에서 행성경계층에서 이산화황에 의해 흡수되는 복사휘도의 감소된 민감도에 의한 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this present study, we identified the $SO_2$ effect on $O_3$ retrieval from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) measurement over Chinese Industrial region from 2005 through 2007. The Planetary boundary layer (PBL) $SO_2$ data measured by OMI sensor is used in th...

주제어

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문제 정의

  • TOMS 알고리즘을 이용한 오존전량 산출 시 이산화황의 영향에 대한 연구는 화산 폭발 시 OMITOMS와 OMI-DOAS 오존전량의 비교 연구만이 이루어 졌으며 화산지역 외 인간 활동에 의한 화석연료 연소 등으로 다량의 이산화황이 배출되는 공업지대에서는 이러한 비교가 이루어진 바 없다. 그러므로 본 연구에서는 처음으로 고농도 이산화황 환경인 중국 공업지대에서 이산화황에 대한 OMI-TOMS와 OMI-DOAS 오존전량 값 사이의 차이를 조사하는 것을 목적으로 한다. 마지막으로, 행성경계층(Planetary Boundary Layer; PBL) 내 중국 공업지대에서 배출되는 이산화황과 선행 연구에서 제시되어 있는 화산 폭발에 의해 배출되어 행성경계층보다 높은 상층에 존재하는 이산화황이 OMITOMS와 OMI-DOAS 오존전량의 차이에 미치는 영향을 비교하였다.
  • 따라서, 오존전량 산출 시 산출 오차에 영향을 줄 수 있는 에어로솔이 변동이 될 때 이산화황이 두 오존전량 값의 차이에 어떠한 영향을 주는지 추가적으로 평가해 보았다.
  • 본 연구에서는 PBL내에서 많은 양의 이산화황이 존재하는 중국 공업지대에서 OMI-TOMS와 OMI-DOAS 알고리즘으로 산출 된 오존전량 값의 차이에 이산화황이 미치는 영향을 확인하였다. 중국 공업지대에서 TD는 이산화황의 칼럼 농도 증가에 따라 함께 증가하는 경향이 나타났다.
  • (2015)에서는 고농도 이산화황 환경에 서 OMI-TOMS 오존전량이 이산화황의 농도 증가에 영향을 받는 것을 이용하여 이산화황 농도 증가에 따른 OMI-TOMS와 OMI-DOAS 오존전량의 차이(T-D)를 계산하였다. 본 연구에서는, 중국 공업지대에서 배출된 이산화황이 두 오존 산출 값 사이의 차이에 얼마나 영향을 미치는지 확인하였다. Fig.
  • 중국 공업지대에서 TD는 이산화황의 칼럼 농도 증가에 따라 함께 증가하는 경향이 나타났다. 추가적으로, 이산화황 이외에 두 오존 산출 알고리즘에 모두 영향을 미칠 수 있는 에어로솔의 양이 이산화황과 T-D 사이의 관계에 어떠한 영향을 주는지 평가하였다. 다양한 에어로솔의 양에 따라 이산화황이 T-D를 증가시키는 관계가 나타나는 경향을 변화시키는 것에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 발견되었다.

가설 설정

  • (b) OMI PBL SO2 is high level (2 DU ≤ PBL SO2 < 3 DU, 4 DU ≤ SO2 PBL).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
성층권 오존이란? 성층권 오존은 유해한 자외선이 지표 근처에 도달하기 전에 자외선의 흡수를 통해서 지구의 생태계를 보호하는 중요한 역할을 하는 기체이다. 이러한 성층권 오존에 의해서 흡수되는 자외선은 오존, 이산화탄소, 수증기와 같은 미량기체가 방출하는 적외선 에너지와 복사 평형을 이루어 성층권 에너지 균형을 결정한다.
성층권 오존에 의해서 흡수되는 자외선의 역할은? 성층권 오존은 유해한 자외선이 지표 근처에 도달하기 전에 자외선의 흡수를 통해서 지구의 생태계를 보호하는 중요한 역할을 하는 기체이다. 이러한 성층권 오존에 의해서 흡수되는 자외선은 오존, 이산화탄소, 수증기와 같은 미량기체가 방출하는 적외선 에너지와 복사 평형을 이루어 성층권 에너지 균형을 결정한다. 대류권 오존은 태양빛의 존재 하에 질소산화물(NOX), 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs), 대기의 산소분자(O2)의 다양한 화학적 반응을 통하여 생성된다(McKee, 1993).
이산화황의 농도가 높은 조건에서 OMI-TOMS 알고리즘을 이용한 오존 산출이 영향을 받는 이유는 무엇인가? , 2015). OMI-TOMS 오존 산출 시 사용되는 TOMS Version 8 알고리즘은 오존을 약하게 흡수하는 파장(331.2 nm)과 오존을 강하게 흡수하는 파장(317.5 nm)에서의 유효 지표 반사도(effective surface reflectivity)를 추정하여 오존 산출에 사용한다 (Bhartia, 2002). 317.5 nm 파장에서는, 이산화황 한 분자의 흡수 단면적이 오존 한 분자의 흡수 단면적보다 약 2배 이상 높다(Bhartia, 2002). 두 물질의 이러한 특징 때 문에, OMI-TOMS 알고리즘의 선택적인 파장밴드를 이용한 오존 산출은 이산화황의 농도가 높은 조건에서는 오존 산출에 영향이 있을 수 있다.
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참고문헌 (20)

  1. Choi, W., Hong, H., Park, J., Kim, D., Yeo, J., and Lee, H., 2015. Investigation of SO2 effect on OMI-TOMS and OMI-DOAS O3 in volcanic areas with OMI satellite data. Korean Journal of Remote Sensing, 31(6), 599-608(in Korean with English abstract). 

  2. Anton, M., M. Lopez, J. Vilaplana, M. Kroon, R. McPeters, M. Banon, and A. Serrano, 2009. Validation of OMI-TOMS and OMI-DOAS total ozone column using five Brewer spectroradiometers at the Iberian peninsula. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984-2012), 114. 

  3. Balis, D., M. Kroon, M. Koukouli, E. Brinksma, G. Labow, J. Veefkind, and R. McPeters, 2007. Validation of Ozone Monitoring Instrument total ozone column measurements using Brewer and Dobson spectrophotometer ground-based observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984-2012), 112. 

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  7. Buchard, V., and Coauthors, 2008. Comparison of OMI ozone and UV irradiance data with groundbased measurements at two French sites. Atmospheric Chemistry and Physics, 8: 4517-4528. 

  8. Chance, K. 2002. OMI algorithm theoretical basis document, volume IV: OMI trace gas algorithms. Accessed, 12, 2009. 

  9. Hong, H., H. Lee, J. Kim, and Y. G. Lee, 2014. First comparison of OMI-DOAS total ozone using ground?based observations at a megacity site in East Asia: Causes of discrepancy and improvement in OMI-DOAS total ozone during summer. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 119: 10058-10067. 

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  11. Klimont, Z., Smith, S. J., and Cofala, J. 2013. The last decade of global anthropogenic sulfur dioxide: 2000-2011 emissions. Environmental Research Letters, 8: 014003. 

  12. Kroon, M., J. P. Veefkind, M. Sneep, R. McPeters, P. Bhartia, and P. Levelt, 2008. Comparing OMITOMS and OMI-DOAS total ozone column data. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984-2012), 113. 

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  15. McKee, D., 1993. Tropospheric ozone: human health and agricultural impacts, CRC Press, Boca Raton, FL, USA 

  16. McPeters, R., D. Heath, and B. Schlesinger, 1984. Satellite observation of SO2 from El Chichon: Identification and measurement. Geophysical Research Letters, 11: 1203-1206. 

  17. McPeters, R., S. Hollandsworth, L. Flynn, J. Herman, and C. Seftor, 1996. Long-term ozone trends derived from the 16-year combined Nimbus 7/Meteor 3 TOMS Version 7 record. Geophysical Research Letters, 23, 3699-3702. 

  18. McPeters, R., Kroon, M., Labow, G., Brinksma, E., Balis, D., Petropavlovskikh, I., Veefkind, J. P., Bhartia, P. K., Levelt, P. K., 2008. Validation of the AURA Ozone Monitoring Instrument total column ozone product. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984-2012), 113. 

  19. Whelpdale, D. M., Watch, G. A., and Kaiser. M. 1996. Global Acid Deposition Assessment., World Meteorological Organization, Global Atmosphere Watch, Geneva, Switzerland. 

  20. OMI Team, 2009. Ozone Monitoring Instrument (OMI) Data User's Guide, OMI-DUG-3.0, NASA, http://so2.umbc.edu/omi/omi docs.html 

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